第二节 反射望远镜

前面已经讲过，反射望远镜的物镜安装在镜筒的上端，可以是一片透镜，也可以是几片透镜的组合。物镜把星辰的光折射到靠近镜筒下端的焦点上，形成影像，我们可以使用目镜观测这个影像，可以对它进行摄影，也可以使用其他研究手段加以研究。伽利略使用的第一架望远镜就是折射望远镜，大约300年以前，所有的望远镜都是折射望远镜。消色法可以优化折射望远镜，经过改良的折射望远镜仍在广泛使用。

反射望远镜的物镜是一个凹面镜，安装在镜筒的下端，物镜会把星辰的光反射到位于镜筒上端的焦点。这就引发了一个问题，人们不得不想办法解决它。观测者需要往镜筒里看，才能看到焦点上的成像，如果观测者趴到镜筒上，会在镜子上看到自己的影子，他的上半身会挡住大部分星辰发出的光。因为存在这个难题，人们不得不想办法，使焦点来到镜筒外，以便于完整地观测成像。人们想出了不同的解决办法，制造出不同种类的反射望远镜，如今在使用的主要有两种：牛顿式（Newtonian）和卡塞格林式（Cassegrainian）。

牛顿式反射望远镜的镜筒内有一个小小的对角斜镜，安装在靠近顶端的焦点处。这面镜子和望远镜的轴的夹角为45°，来自望远镜中的光线会被它反射到镜筒旁边，这样一来，观测者就可以使用目镜进行观测了，也可以进行摄影。

使用牛顿式反射望远镜，要在镜筒上端附近进行观测。观测者使用目镜观测的方向和观测对象呈直角。大型反射望远镜的观测台对着光缝，与可旋转的圆顶连在一起，可以方便地升降，让观测者从适当的位置观测望远镜指向的方向。

图12 牛顿式和卡塞格林式反射望远镜

卡塞格林式反射望远镜内有一个小凸面镜，安装在主镜和焦点之间。这面小镜子可以把汇聚的光反射回主镜，从主镜中央的小开口里穿过，在其后方形成焦点，目镜就安装在这里。观测者在使用这种望远镜时，可以直对所观测的对象，这一点和使用折射望远镜一样。很多反射望远镜既可以当成牛顿式的来用，也可以当成卡塞格林式的来用。

300多年前，反射望远镜开始得到广泛使用，但是此前50年，牛顿、卡塞格林等人已经阐明不同类型反射望远镜的原理。威廉·赫歇尔（William Herschel）制作了许多反射望远镜，并使用其中一些进行了举世闻名的天文观测。100多年前，罗斯爵士（Lord Rosse），一位来自爱尔兰的非专业天文学家，有一架直径6英尺的大型反射望远镜，在那个时代，它已经是其中翘楚了。事实上，之后100年间都没有出现比它更大的望远镜。这架大型望远镜声名远扬，人们用它首次观测到一些具有旋涡构造的遥远天体，后来，这种天体被称作旋涡星云。

早些时候，人们用金属盘（speculum metal）制作反射望远镜的镜子。如果镜面变暗了，就需要进行打磨。和现在相比，赫歇尔、罗斯等人使用的大型望远镜很粗糙。在天文摄影时，望远镜必须准确地跟随观测对象移动——事实上，这是现代天文观测的必要要求，但这些粗糙的望远镜很难满足要求。

约100年前，金属的镜子被玻璃镜子取代。圆形玻璃的一面加以适当的打磨，曲面上镀一层银，当银变暗以后，更换新的也十分方便。之后大型望远镜都使用玻璃和银制成的镜子。

位于加利福尼亚州的威尔逊山天文台，拥有一架上百英寸的反射望远镜，一度是世界上最大的望远镜。它的圆形的镜子便是玻璃和银制成的；它的直径有100英寸出头，厚1英尺多；整块玻璃重达4.5吨。这架望远镜安装在一个直径100英尺的圆顶中。

多明宁天体物理天文台（Dominion Astrophysical Observatory）位于维多利亚，当时拥有一架72英寸的反射望远镜。俄亥俄州的帕金斯天文台（Perkins Observatory）拥有一架口径70英寸的反射望远镜，后来被多伦多大学制造的望远镜超过了。除了上述这些，还有很多5英尺口径的反射望远镜，威尔逊山天文台就有一架用了几十年的。哈佛天文台在非洲南部的塞尔坡尔建了分部，架设了一架大小相仿的新望远镜，为加强对南天的研究做出了贡献。

加利福尼亚州的工艺馆（Institute of Technology）建造的口径200英寸的反射望远镜，超越了上述所有反射望远镜。它使用熔化的石英代替玻璃制作镜子，石英不容易随气候变化而改变，因自重而产生的变形也较小。这面石英圆盘直径17英尺，厚2英尺。与之前的最大的望远镜相比，它的直径是其2倍，聚光能力是其4倍，但它的长度只增加了1/3。这架望远镜会把星辰的光汇聚在60英尺之外的焦点上，它被安装在距离帕萨迪纳远近适当的利于观测的地方。